川西地区的地壳均衡状态及其动力学机制

基于Airy地壳均衡理论,计算了川西地域(28°～32°N,99°～105°E的范围内)的理论均衡地壳厚度,并与由实际重力资料反演得到的地壳厚度进行对比,从而得到了该区的地壳均衡状态。经过分析研究发现以龙门山、鲜水河、安宁河三大断裂系所组构的"Y"形构造系为界,可将研究区的均衡状态分为东、中、西三部分,对应着3种不同类型的均衡状态:在"Y"形构造系以东的四川盆地内部,理论地壳厚度与实际地壳厚度的差异值ΔI接近于零,即地壳处于较均衡稳定的状态;在"Y"形构造系以西的巴颜喀拉块体地域,ΔI均可达到-8km左右,个别地域甚至最高可达-13km,说明该区地壳处于强烈的负均衡异常状态;而在研究区中部的"Y"形构造系部位,主要表现为较复杂的正负相间的均衡异常状态。在此基础上,也对该区产生现今这样复杂而特异的均衡异常格局的动力学机制进行了探讨研究,认为其主要应归结于青藏高原深部壳、幔物质在印度板块与欧亚板块的碰撞下发生的东向流展并在川西地域受到坚硬的四川盆地的阻隔而被迫转向东南,在此过程中导致地壳物质堆积,从而造成了该区复杂而特异的地壳均衡异常格局。

关于地壳均衡模型的讨论

本文基于３ 个经典地壳均衡模型——普拉特模型、爱黎模型及维宁·迈尼兹模型在其表达的物理含义和方便实际应用等方面所各自具有的特点，提出改化经典模型的方法，给出一个既能反映地壳均衡的区域性补偿，又易于实现的区域性实用模型，并给出平均高的计算方法。最后还给出便于应用的两个近似模型。

青藏高原第四纪大陆冰盖与高原隆升——试论青藏高原第四纪大陆冰盖的地壳均衡过程

青藏高原第四纪大陆冰盖属于统一的海洋性大陆冰川,冰盖面积达数百万平方公里,冰盖中心大约位于西藏中部,北纬32°—35°、东经81°—89°左右。冰盖大约形成于早更新世中期,冰盖冰流厚约900—1700m以上,冰盖形成时的古雪线的海拨高度约1300—1800m。由于大陆冰盖发育和消融,高原地壳的均衡过程十分明显,使高原当时的隆升速度明显减慢或加快。但对高原隆升的总幅度影响不大。

川滇地区地壳均衡状态及其与区域强震的关系

首先利用CRUST1.0模型分析川滇地区上地壳厚度和Moho起伏的主要结构特征,然后基于Airy地壳均衡理论计算区域均衡Moho深度,并利用其与实际Moho值的差异分析区域地壳均衡状态。将川滇地区上地壳厚度图和区域地震深度分布图对比可知,地震主要发生在上地壳脆性层内。区域地壳均衡状态显示,四川盆地地壳处于均衡状态,而龙门山断裂带为均衡差异最显著的地区,其北侧为正均衡状态(+6km),南侧为负均衡状态(-6km),西南侧为正均衡状态(+6km),揭示龙门山断裂带附近为地壳深部物质重新分异、调整和能量强烈交换的地带。

地壳均衡与均衡重力异常

本文简要回顾了地壳均衡学说的产生和发展情况，以及均衡异常的计算及应用。并对应用局部补偿模式计算的南海均衡异常进行了分析，提出了它的地壳结构和均衡状态特征及存在的不足，阐述了在南海开展动态均衡研究的可能性和必要性。

不能忽略地壳均衡

致编者——Parker等（2011）在对中国四川2008年汶川地震后发生的滑坡细致分析中指出，地震滑坡物质估计方量是同震地壳抬升方量的约2～6倍。基于滑坡内的物质会很快被运移出龙门山地区的合理逻辑，他们利用这种差异证明侵蚀看来对物质的移除比地球动力学对龙门山生长作用的过程更快。我赞赏他们的分析，但是我认为他们忽视了一个方面，从而使这一推论变得至多仅仅为似乎合理的，甚至非常可能是虚假的。这一方面就是地壳均衡，即应用于地球的阿基米德原理。该原理当推广到包括弹性表层时，要求在弹性层下面地幔的任何深度压力均相等（Gunnand Frankl，1943）。

地壳均衡理论及其在构造地貌研究中的应用

地壳均衡是地球科学的一个基本概念,其理论基础为“轻地壳(密度较小)漂浮在重地幔(较稠密)之上”。均衡理论(如冲压假说、弹性板理论等)和模型(如Airy模型、Pratt模型及弹性板模型等)的产生及发展对研究岩石圈流变学性质、圈层相互作用及造山作用等地球动力学过程有着重要意义。本文总结了相关均衡理论、模型及计算方法,并结合其在不同空间尺度构造地貌现象研究中的运用,包括:(1)冰川均衡调整研究中不同模型的优化及其对全球海平面变化的指示意义、(2)阐明海山洋岛发育过程及其制约因素、(3)利用弹性板模型重建山脉隆升和盆地挠曲沉降史并进一步探讨二者之间的相互作用、(4)通过研究变形湖滨线有效地约束地球的相关物理参数、(5)建立河流三角洲发育特征模型并服务于现代社会经济、(6)揭示水库蓄水导致的地壳挠曲变形与浅部地质灾害发育的关系及(7)同震滑坡对局部地貌改造的影响,讨论并展望了未来地壳均衡在构造地貌学领域的发展方向,即结合高精度大地测量技术与地质年代学方法,定量地解决构造地貌研究中的关键问题,更全面、系统地了解地表过程、地球深部过程与动力学和地球圈层之间的相互作用。

东北南部地区地壳均衡状态浅析

均衡状态是评价一个地区现今地壳构造活动性的一个重要标志。本文通过对东北南部地区普拉特—海福特均衡重力异常特征的分析,并通过均衡重力异常与深部地壳测深结果、地形趋势面自由空气重力异常以及与艾理均衡重力异常结果的对比分析,以达到:(1)为研究者提供一些基础资料;(2)通过对比分析,进一步了解东北南部地区及海城震区的均衡状态,以期在海城震区深部地球物理特征的研究方面获得进展。

地壳均衡假说与湘西北地壳均衡失调探讨

由湖南省 1∶10 0万 10′× 15′平均均衡重力异常图知 ,湘西北地区呈重力高 ;除此以外的广大地区 ,当消除花岗岩对应的局部重力低外 ,均衡异常基本呈零值特征。笔者认为这是湖南全省的地壳均衡失调区 ,并从

引入地壳均衡模型的重力梯度图的制备方法

针对目前世界范围内实测重力梯度数据匮乏的现状,文章在原有通过地形制备重力梯度基准图的方法之上,引入了目前两种主流地壳均衡模型:普拉特模型、艾里模型,旨在进一步完善重力梯度基准图的制备.因为充分考虑了地壳密度及厚度的不均匀,所以使得制图更加精确.由于缺乏实测重力梯度数据.因此文章决定通过与实测重力数据比对来验证方法的可行性.实验表明,引入地壳均衡模型制备的重力图与实测数据更加一致,其中,引入普拉特模型后的制图精度要比引入艾里模型的高;另外通过比对实验地区的地壳厚度可知,若在已知地形数据的前提下,通过比较引入普拉特模型制备的局部地区重力异常图与实测重力图,可初步快速准确的估计出该地区的平均地壳厚度.

利用重力和地形观测反演中国及邻区地壳厚度

尝试了直接利用布格重力数据和地形数据反演计算中国及邻区的地壳厚度的方法.为减小区域不均衡性和重力反演中的不唯一性的影响,本方法利用地表地形起伏修正传统反演方法中的参考深度,并经过多次的迭代使得反演结果逼近真实值.在此基础上,绘制了中国及邻区1°×1°网格的地壳厚度图,对中国及邻区的布格重力异常和莫霍界面的起伏数据进行了相关性分析,其相关性系数为-0.993.其地形起伏与莫霍界面的起伏之间也呈现出了海、陆不同的线性相关,其相关系数分别为0.96和0.91.相关性计算结果显示,重力数据揭示的大陆和海洋的交界大致为水下800m.为了探讨地球曲率对该算法可能的影响,还分别计算了分区反演以及整体区域反演两种模式,研究发现两者得到的地壳厚度偏差在5km以内,并分析了可能产生偏差的原因.比较本文结果与地震测深及其它研究结果表明,独立使用布格重力异常和地形数据,能较为可靠地反演出中国及邻区地壳厚度.

利用重力/GPS联合观测数据计算地壳垂向构造应力的新方法

本文提出一种基于重力/GPS联合观测数据计算垂向构造应力的新方法.计算步骤如下:(1)通过重力/GPS联合观测数据计算布格重力异常;(2)依据布格重力异常数据推算莫霍面深度;(3)依据GPS观测数据,通过均衡理论计算均衡面深度;(4)依据莫霍面与均衡面之间剩余物质(壳幔物质密度差)所承受的附加浮力,计算地壳承载的垂向构造应力.本文利用上述构造应力新算法,计算了巴颜喀拉块体东边界及周边地区垂向构造应力分布,发现龙泉山断裂带以东地区垂向构造应力基本为零,龙泉山断裂带与龙门山断裂带之间地区垂向构造应力为正值,巴颜喀拉地块东部垂向构造应力为负值.鲜水河断裂带东南段周边蓄积了-40^-50 MPa的垂向构造应力,且梯度变化剧烈;松潘高原蓄积的垂向构造应力大约为-10^-20 MPa,相对较小.

均衡运动中的科里奥利力

探讨地球自转的一种惯性力──科里奥利力在地壳升降运动中的作用。地壳上升时科氏力向西，地壳下降时科氏力向东，它的大小与方向可以解释太平洋两岸的构造差异。

青藏高原隆升的潮汐—均衡模式

潮汐和厄尔尼诺事件使东西太平洋海面高度分别升降 6 0cm ,水均衡作用使洋壳反向升降2 0cm。由此形成东西太平洋地壳跷跷板运动。这是地震火山群发事件与厄尔尼诺事件一一对应的原因。发生在印度洋的同样过程是青藏高原隆升的原因。剥蚀沉积也会产生陆海地壳的跷跷板运动。计算表明 ,5 0年的剥蚀沉积作用施加在陆海地壳两端的力矩为M =4 .36× 10 14 N·m ;相当于在陆海地壳两端施加的反向力 p =4 .36× 10 8N。这两种跷跷板运动相互加强 ,是青藏高原隆升的基本动力。

地形/均衡重力场模型构制及其拟稳分析

重力空白区数据填补的一个主要方法是基于地壳均衡理论进行的，该方法亦用于EGM系列模型的构建中.本文研究了地形数据在构制地形/均衡重力场模型中的应用，分析了补偿深度对Airy位模型和面凝聚位模型的影响，给出二者的最佳补偿深度分别为50 km和40 km.以纯卫星重力模型为参考，后者在前120阶的精度要高于前者，但在121~250阶的精度较低，组合模型精度高于单一模型精度.对地形/均衡地球重力场模型进行了EGM2008拟稳分析，研究了不同分辨率基准的拟稳效果，分析表明：30＇分辨率的拟稳基准所得拟稳模型对应的阶方差与参考阶方差曲线直到360阶都有较好的一致性，以EGM2008为基准，其相对累计大地水准面高误差在140阶时为6.83cm，相对累计重力异常误差在220阶时为1.10 mGal.

不同均衡补偿模式下海底地形反演方法比较分析

针对不同均衡补偿模式下导纳函数存在不同的函数表现形式以及涉及诸多地球物理参数的特点,依据最新的全球地壳模型CRUST1.0获得了研究海域海水密度、地壳密度、地幔密度等参数信息。根据谱分析技术,在挠曲导纳函数受有效弹性厚度影响显著波段,采用迭代方法解算了不同有效弹性厚度环境下观测导纳和理论导纳的差值均方差,获得了研究海域有效弹性厚度最佳估值为11 km。分别采用未补偿导纳函数、挠曲导纳函数和Airy导纳函数构建了研究海域海底地形模型1、模型2和模型3,并与ETOPO1模型和GEBCO模型比较发现:模型1和模型2检核精度优于ETOPO1模型和GEBCO模型;相比于ETOPO1模型,模型1和模型2精度提高了49.04%和39.44%。海深分层检核统计结果表明:应用导纳函数构建的海底地形与检核点表现出良好的相关性;同时随着海深的增加,模型检核精度呈现不断升高的趋势。

塔里木盆地库车坳陷中生代盆地性状及成因分析

库车坳陷充填有厚约4000~5000 m(局部最大厚度可达6000 m)的中生界陆相地层。地面特征和地震资料表明,库车坳陷北部地区中生界与下伏强烈变形、变质的古生界呈角度不整合接触,南部地区中生界与下伏寒武系-奥陶系呈平行不整合或微角度不整合接触。按照地层厚度趋势推测的中生界在山前地带有强烈的剥蚀,沉积厚度轴线位于南天山晚古生代造山楔之上,显示库车坳陷中生代盆地是上叠在塔里木克拉通北部边缘隆起和南天山晚古生代造山楔过渡带上的拗陷盆地。三叠纪-侏罗纪沉降-沉积中心向后陆(造山带)迁移,早白垩世向前陆迁移,且盆地同沉积期区域规模的断裂活动不明显,据此推测晚古生代造山作用后的岩石圈热作用及地壳均衡作用是中生代盆地沉降的主控动力学因素。

青藏高原东南缘玉龙雪山(5596m)晚新生代隆升的侵蚀与构造控制作用

玉龙雪山位于青藏高原东南缘，它以其独特的地貌特征而引人关注。其顶部为一古残留面，在30×20km^2范围内海拔〉5000m的山峰达18座，高出其周围地区平均海拔近1000m。在分析该区地质地貌特征基础上，我们根据岩石圈弹性挠曲地壳均衡理论，以较保守的残留面海拔4250m为当时金沙江下切玉龙雪山的基准面，结果表明：由于虎跳峡中大规模物质剥蚀而引起玉龙雪山地壳均衡反弹，导致山体隆升了468m，这完全是侵蚀作用对于玉龙雪山隆升的贡献。而玉龙雪山与周围地区的剩余地势高差，主要由正断层等构造作用造成。因此，玉龙雪山的隆升是侵蚀与构造作用共同控制的结果。该区最大量地壳均衡反弹的触发机制是5．0～2．5Ma期间玉龙雪山东西两侧正断层的发生。另一方面，作为玉龙雪山的南东延伸部分——点苍山（4122m）在5．0～2．5Ma同样也发生了构造伸展，但是没有遭受大规模的河流侵蚀作用，因此其海拔相对要低很多。这进一步说明地壳均衡反弹导致了玉龙雪山隆升，并加大了玉龙雪山与点苍山在原有基础上的地势高差。